一种凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法
【专利摘要】本发明公开了一种凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法，包括如下步骤：(a)海藻酸盐溶液的制备；(b)海藻酸盐凝胶的准备；(c)羟基磷灰石的制备；所述羟基磷灰石的尺寸为纳米级。本发明开发了一种新的羟基磷灰石材料的制备方法，制备过程中无需任何表面活性剂等辅助反应添加剂，制备工艺简单，反应条件温和，制备条件可控，可根据需要获得不同粒径和形貌的羟基磷灰石纳米材料。
【专利说明】一种凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无机材料的制备方法，具体涉及一种凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法。
【背景技术】
[0002]羟基磷灰石(Hydroxyapatite,化学分子式为Caltl(PO4)6(OH)2)是生物医学领域中的重要材料，已在临床上广泛用于相容性骨缺损的修复和填充整形的骨材料以及牙齿的填充物等方面，羟基磷灰石一直是科研工作者研究的主要对象。
[0003]羟基磷灰石是脊椎动物的骨骼和牙齿中的主要无机成分，具有良好的生物相容性，化学稳定性高，降解后不产生有害物质。目前羟基磷灰石的制备方法有化学沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法和微乳液法。采用不同的制备方法，可以获得不同形貌和结构的羟基磷灰石。不同形态的羟基磷灰石是其优异性能得到充分利用的关键。
[0004]现有技术中，中国专利CN 101032630B公开了一种在一定反应温度和超声的环境下，以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，制备空心球状纳米羟基磷灰石的方法，但是该方法采用化学原料，并且获得的空心球内含有羟基磷灰石和无定型磷酸钙两种组分；中国专利CN102070131B公开了一种以蛋壳为原料，利用水热合成工艺制备羟基磷灰石的方法，合成的羟基磷灰石粉体具有与天然骨骼HA相似的结构特征；中国专利申请CN1903706A公开了一种采用喷雾干燥法制备羟基磷灰石空心微球的方法，制备过程中采用喷雾干燥-热处理两步法制备羟基磷灰石微球，但是所得产物粒径大小不均匀，且羟基磷灰石微球的空心率较低。以上方法以无机材料为模板基底，不接近实际人体情况，并且最后通过高温处理除去模板，需要借助复杂昂贵的设备。此外，福建师范大学的何丹根据生物矿化原理，采用仿生合成法，以多糖(壳聚糖、硫酸软骨素和普鲁兰、琼脂糖)为模板，对制备不同形貌羟基磷灰石晶体纳米材料进行研究，所选用模板溶液的溶解条件苛刻，并且制备的羟基磷灰石晶体为不均匀片状(何丹`.多糖作用下羟基磷灰石晶体的仿生合成研究.福建师范大学，2008)。
[0005]另外，在自然界中，生物体是一种典型的凝胶体系，是由有机大分子通过超分子组装形成凝胶状基质网络，这种网络基质对晶体的矿化过程施加特殊的影响，可对矿物的成核及生长进行干预。海藻酸盐是一种天然多糖，具有良好的生物相容性，很容易与二价阳离子结合形成凝胶，利用海藻酸盐凝胶模板制备的羟基磷灰石晶体是人体中骨骼和牙齿中的主要无机成分，具有良好的化学稳定性和生物相容性，可广泛应用于骨组织修复和替代等生物医学领域。但是利用海藻酸盐凝胶作为模板诱导羟基磷灰石晶体的生长的研究尚未见详细报道。
【发明内容】
[0006]本发明目的是提供一种凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的制备方法。
[0007]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的制备方法，包括如下步骤:
(a)海藻酸盐溶液的制备:将水溶性的海藻酸盐配制成质量分数为0.01%~60%的海藻酸盐水溶液；
(b)海藻酸盐凝胶的制备:将步骤(a)制备的海藻酸盐水溶液按0.01~100mL/min的速度滴加到无机钙盐水溶液中，反应5min~6h，水洗，得到海藻酸盐凝胶；所述海藻酸盐与无机钙盐的质量比为1: 0.1~0.01: I ；
(c)羟基磷灰石的制备:制备磷酸盐水溶液并调节磷酸盐水溶液的pH值为I~12，然后将步骤(b)制备的海藻酸盐凝胶放入磷酸盐水溶液中，再室温静置反应30min~7天，然后经过水洗、醇洗、过滤、干燥，得到的纳米晶体为羟基磷灰石。
[0008]上述技术方案中，所述步骤(a)中海藻酸盐选自海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸镁、海藻酸钙和海藻酸铵中的一种。
[0009]上述技术方案中，所述步骤(b)中无机钙盐选自CaCl2、Ca (OH)2, Ca (NO3) 2、Ca(OC2H5)2 中的一种。
[0010]上述技术方案中，所述步骤(C)中磷酸盐选自(NH4) 2HP04、H3PO4, Na3PO4, K2HPO4中的一种；所述磷酸盐水溶液的浓度为0.01M~饱和。
[0011]上述技术方案中，所述步骤(C)中调节磷酸盐水溶液pH值的试剂为盐酸、柠檬酸、山梨酸、氢氧化钠或者氨水，优选为盐酸或者氨水；醇洗时醇溶液的质量浓度为50%~100%，醇为甲醇、乙醇或 者异丙醇，优选乙醇。
[0012]上述技术方案中，所述步骤(C)中羟基磷灰石的干燥的温度为20~120°C，干燥时间为I~72 h。
[0013]上述技术方案中，所述步骤(C)中羟基磷灰石的粒径范围为10~500nm。
[0014]本发明同时请求保护由上述方法制备得到的羟基磷灰石。
[0015]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
1.本发明采用的原材料是海藻酸盐，属于天然多糖，来源广泛，价格低廉，大幅降低了羟基磷灰石的制备成本；
2.本发明制备过程中无需任何表面活性剂等辅助添加剂，制备工艺简单，反应条件温和，制备条件可控，可根据需要获得不同粒径和形貌的羟基磷灰石纳米材料，具有积极的现实意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例一中羟基磷灰石纳米晶体的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例对本发明作进一步描述:
实施例一
海藻酸钠凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的制备方法，包括如下步骤:
(1)将2g海藻酸钠加入到去离子水中，磁力搅拌lh，然后静置24h，制成质量分数为2%的海藻酸钠溶液；
(2)将11g CaCl2加入到去离子水中，配制成lmol/L的CaCl2溶液，然后，按照海藻酸钠/氯化钙质量比为0.5:1，将海藻酸钠溶液利用5 mL注射器，按照0.5ml/min的速度缓慢滴加到lmol/L的氯化钙溶液中，制备成海藻酸钠凝胶；
(3)将13.2g (NH4)2HPO4加入到去离子水中，制备成lmol/L的(NH4) 2即04水溶液，然后，用氨水调节(NH4)2HPO4水溶液pH=10，将海藻酸钠凝胶放入lmol/L的(NH4) 2ΗΡ04水溶液中，室温条件下静置反应6h，取出过滤，用去离子水和无水乙醇分别清洗10 min、20°C烘48h，获得羟基磷灰石粉末。
[0018]上述制得的羟基磷灰石的扫描电镜图参见附图1，由图可见:羟基磷灰石的形貌为块状，且尺度为纳米级。
[0019]实施例二
海藻酸钾凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的制备方法，包括如下步骤:
(1)将5g海藻酸钾放入到去离子水中，磁力搅拌lh，然后静置6h，制成质量分数为5%的海藻酸钾溶液；
(2)将1.64gCa (NO3)2加入到去离子水中，配制成0.lmol/L的Ca (NO3) 2溶液，然后，按照海藻酸钾/硝酸钙质量比为1:0.5，将海藻酸钾溶液利用5 mL注射器，按照1.0ml/min的速度缓慢滴加到0.lmol/L的Ca(NO3)2溶液中，制备成海藻酸钾凝胶；
(3)将8.15g Na3PO4加入到去离子水中，配制成0.5mol/L的Na3PO4溶液，然后，用盐酸调节溶液pH=7，将海藻酸钾凝胶放入0.5mol/L的H3PO4溶液中，室温条件下静置反应2天，取出过滤、用去离子水和无水乙醇分别清洗10min、120°C烘lh，获得羟基磷灰石粉末。
[0020]实施例三
海藻酸铵凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的制备方法，包括如下步骤:
(1)将20g海藻酸铵加入到去离子水中，磁力搅拌0.5h，然后静置12h，制成质量分数为20%的海藻酸铵溶液；
(2)将5.5g CaCl2加入到去离子水中，配制成0.5mol/L的CaCl2溶液，然后，按照海藻酸铵/氯化钙质量比为0.1:1，将海藻酸铵溶液利用10 mL注射器，按照2.5ml/min的速度缓慢滴加到0.5mol/L的CaCl2溶液中，制备成海藻酸铵凝胶；
(3)将4.56g K2HPO4加入到去离子水中，制备成2.0moI/L的K2HPO4溶液，然后，用氨水调节溶液pH=9，将海藻酸铵凝胶放入2.0mol/L的K2HPO4溶液中，室温条件下静置3天，取出过滤，用去离子水和无水乙醇分别清洗10min，40°C烘72h，获得羟基磷灰石粉末材料。
[0021]实施例四
海藻酸钠凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的制备方法，包括如下步骤:
(1)将IOg海藻酸钠加入到去离子水中，磁力搅拌0.5h，然后静置48h，制备成质量分数为10%的海藻酸钠溶液 ；
(2)将1.64gCa (NO3)2加入到去离子水中，制备成1.0mol/L的Ca (NO3)2溶液，然后，按照海藻酸钠/硝酸钙质量比为0.8:1，将海藻酸钠溶液利用10 mL注射器，按照5ml/min的速度缓慢滴加到1.0mol/L的Ca(NO3)2溶液，制备成海藻酸钠凝胶；
(3)将K2HPO4加入到去离子水中，制备成过饱和的K2HPO4溶液，然后，用盐酸调节溶液pH=6，将海藻酸钠凝胶放入过饱和的K2HPO4溶液中，室温条件下静置陈化48h，取出过滤，用去离子水和甲醇分别清洗10min，60°C烘50h，获得羟基磷灰石粉末材料。
【权利要求】
1.一种凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)海藻酸盐溶液的制备:将水溶性的海藻酸盐配制成质量分数为0.01%~60%的海藻酸盐水溶液； (b)海藻酸盐凝胶的制备:将步骤(a)制备的海藻酸盐水溶液按0.01~100mL/min的速度滴加到无机钙盐水溶液中，反应5min~6h，水洗，得到海藻酸盐凝胶；所述海藻酸盐与无机钙盐的质量比为1: 0.1~0.01: I ； (c)羟基磷灰石的制备:制备磷酸盐水溶液并调节磷酸盐水溶液的pH值为I~12，然后将步骤(b)制备的海藻酸盐凝胶放入磷酸盐水溶液中，再室温静置反应30min~7天，然后经过水洗、醇洗、过滤、干燥，得到的纳米晶体为羟基磷灰石。
2.根据权利要求1所述凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法，其特征在于:所述步骤(a)中的海藻酸盐选自海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸镁、海藻酸钙以及海藻酸铵中的一种。
3.根据权利要求1所述凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法，其特征在于:所述步骤(b)中无机钙盐选自CaCl2、Ca(0H)2、Ca(N03)2、Ca(OC2H5)2 中的一种。
4.根据权利要求1所述凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法，其特征在于:所述步骤(c)中磷酸盐选自(NH4)2HPCVH3PO4, Na3PO4, K2HPO4中的一种；所述磷酸盐水溶液的浓度为0.01M~饱和。
5.根据权利要求1所述凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法，其特征在于:所述步骤(c)中调节磷酸盐水溶液pH值的试剂为盐酸、柠檬酸、山梨酸、氢氧化钠或者氨水。
6.根据权利要求5所述凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法，其特征在于:所述步骤(c)中调节磷酸盐水溶液pH值的试剂为盐酸或者氨水。
7.根据权利要求1所述凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法，其特征在于:所述步骤(C)中醇洗时的醇为甲醇、乙醇或者异丙醇。
8.根据权利要求1所述凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法，其特征在于:所述步骤(c)中羟基磷灰石的干燥温度为20~120°C，干燥时间为I~72 h。
9.根据权利要求1所述凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法，其特征在于:所述步骤(c)中羟基磷灰石的粒径为10~500nm。
10.根据权利要求1~9所述的任 意一种凝胶模板诱导合成羟基磷灰石的方法制备得到的羟基磷灰石。
【文档编号】B82Y30/00GK103663399SQ201310677659
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】明津法, 左保齐 申请人:苏州大学